锥齿轮机床切削振动特性分析及工艺可靠性评估

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螺旋锥齿轮是一种具有效率高、传动平稳、传递载荷大等优点的传动部件,在汽车、航空航天、航海等领域应用广泛,需求量也非常巨大。锥齿轮机床是生产加工螺旋锥齿轮的重要装备,但在切削加工过程中,刀具上产生的振动会影响工件表面加工质量以及切削过程的平稳性。本文以成形法加工螺旋锥齿轮大轮为研究对象,探究主轴转速、每齿进给量、刀具前角、刃倾角等参数对切削振动的影响规律,并基于机床动态特性参数提出了工艺可靠性评估方法,为切削振动的主动抑制,提高锥齿轮机床的使用稳定性提供了理论指导。具体研究内容包括:(1)根据成形法加工螺旋锥齿轮大轮的几何原理,推导了铣齿加工过程中瞬时未变形切屑面积的计算公式。根据材料的Johnson-Cook模型和斜角切削理论对材料剪切区的剪切应变、剪切应变率和剪切应力进行推导,建立了成形法加工螺旋锥齿轮大轮的瞬时切削力模型,编制相应的仿真程序对理论模型进行求解,设计了实验对理论模型进行验证。(2)针对锥齿轮机床刀具-工件系统建立了铣齿动力学模型。通过模态锤击实验的方法获得了动力学模型的阻尼比、固有频率、刚度系数等模态参数。利用Matlab\simulink软件实现了动力学模型的图形化编程,设计了切齿实验对动力学模型进行验证。(3)对锥齿轮机床加工过程中产生振动的原因进行了分析,基于铣齿动力学模型研究了主轴转速、每齿进给量、刀具前角、刃倾角等参数变化对切削振动的影响规律。建立了BP神经网络预测模型,结合Garson算法对影响切削振动的参数敏感性进行了分析。(4)基于贝叶斯理论,将动力学仿真数据与试验数据融合,完成了BP神经网络预测模型的更新,预测得到了极限工况下的振幅特征值,结合刀具上的仿真振动曲线,实现了工艺可靠性评估。
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